变形AutoEncoders（VAE）采用深度学习模型来学习与高维观察数据集的连续潜伏的Z空间。为此，使许多任务是可能的，包括面部重建和面部合成。在这项工作中，我们通过将学习限制到面部掩模选择的像素来调查面部面膜如何帮助训练面部重建的训练。使用Celeba DataSet对该提议的评估表明，使用面部掩码增强重建的图像，特别是当使用L1或L2损耗功能时使用SSIM损耗。我们注意到，在架构中包含用于面部掩模预测的解码器影响了L1或L2损耗功能的性能，而这不是SSIM损耗的情况。此外，SSIM感知损失在测试的所有假设之间产生了清爽的样本，尽管它会使图像的原始颜色移位，使L1或L2损失与SSIM一起使用，有助于解决这个问题。

随着脑成像技术和机器学习工具的出现，很多努力都致力于构建计算模型来捕获人脑中的视觉信息的编码。最具挑战性的大脑解码任务之一是通过功能磁共振成像（FMRI）测量的脑活动的感知自然图像的精确重建。在这项工作中，我们调查了来自FMRI的自然图像重建的最新学习方法。我们在架构设计，基准数据集和评估指标方面检查这些方法，并在标准化评估指标上呈现公平的性能评估。最后，我们讨论了现有研究的优势和局限，并提出了潜在的未来方向。

Image super-resolution is a one-to-many problem, but most deep-learning based methods only provide one single solution to this problem. In this work, we tackle the problem of diverse super-resolution by reusing VD-VAE, a state-of-the art variational autoencoder (VAE). We find that the hierarchical latent representation learned by VD-VAE naturally separates the image low-frequency information, encoded in the latent groups at the top of the hierarchy, from the image high-frequency details, determined by the latent groups at the bottom of the latent hierarchy. Starting from this observation, we design a super-resolution model exploiting the specific structure of VD-VAE latent space. Specifically, we train an encoder to encode low-resolution images in the subset of VD-VAE latent space encoding the low-frequency information, and we combine this encoder with VD-VAE generative model to sample diverse super-resolved version of a low-resolution input. We demonstrate the ability of our method to generate diverse solutions to the super-resolution problem on face super-resolution with upsampling factors x4, x8, and x16.

We present an autoencoder that leverages learned representations to better measure similarities in data space. By combining a variational autoencoder with a generative adversarial network we can use learned feature representations in the GAN discriminator as basis for the VAE reconstruction objective. Thereby, we replace element-wise errors with feature-wise errors to better capture the data distribution while offering invariance towards e.g. translation. We apply our method to images of faces and show that it outperforms VAEs with element-wise similarity measures in terms of visual fidelity. Moreover, we show that the method learns an embedding in which high-level abstract visual features (e.g. wearing glasses) can be modified using simple arithmetic.

最近，诸如Interovae和S-Introvae之类的内省模型在图像生成和重建任务方面表现出色。内省模型的主要特征是对VAE的对抗性学习，编码器试图区分真实和假（即合成）图像。但是，由于有效度量标准无法评估真实图像和假图像之间的差异，因此后塌陷和消失的梯度问题仍然存在，从而降低了合成图像的保真度。在本文中，我们提出了一种称为对抗性相似性距离内省变化自动编码器（AS-Introvae）的新变体。我们理论上分析了消失的梯度问题，并使用2-Wasserstein距离和内核技巧构建了新的对抗相似性距离（AS-cantance）。随着重量退火，AS-Introvae能够产生稳定和高质量的图像。通过每批次尝试转换图像，以使其更好地适合潜在空间中的先前分布，从而解决了后塌陷问题。与每个图像方法相比，该策略促进了潜在空间中更多样化的分布，从而使我们的模型能够产生巨大的多样性图像。基准数据集的全面实验证明了AS-Introvae对图像生成和重建任务的有效性。

与CNN的分类，分割或对象检测相比，生成网络的目标和方法根本不同。最初，它们不是作为图像分析工具，而是生成自然看起来的图像。已经提出了对抗性训练范式来稳定生成方法，并已被证明是非常成功的 - 尽管绝不是第一次尝试。本章对生成对抗网络（GAN）的动机进行了基本介绍，并通​​过抽象基本任务和工作机制并得出了早期实用方法的困难来追溯其成功的道路。将显示进行更稳定的训练方法，也将显示出不良收敛及其原因的典型迹象。尽管本章侧重于用于图像生成和图像分析的gan，但对抗性训练范式本身并非特定于图像，并且在图像分析中也概括了任务。在将GAN与最近进入场景的进一步生成建模方法进行对比之前，将闻名图像语义分割和异常检测的架构示例。这将允许对限制的上下文化观点，但也可以对gans有好处。

扩散模型是一类新的生成模型，在依靠固体概率原理的同时，标志着高质量图像生成中的里程碑。这使他们成为神经图像压缩的有前途的候选模型。本文概述了基于有条件扩散模型的端到端优化框架。除了扩散过程固有的潜在变量外，该模型还引入了额外的“ content”潜在变量，以调节降解过程。解码后，扩散过程有条件地生成/重建祖先采样。我们的实验表明，这种方法的表现优于表现最佳的传统图像编解码器之一（BPG）和一个在两个压缩基准上的神经编解码器，我们将重点放在速率感知权衡方面。定性地，我们的方法显示出比经典方法更少的减压工件。

机器学习模型通常培训端到端和监督设置，使用配对（输入，输出）数据。示例包括最近的超分辨率方法，用于在（低分辨率，高分辨率）图像上培训。然而，这些端到端的方法每当输入中存在分布偏移时需要重新训练（例如，夜间图像VS日光）或相关的潜在变量（例如，相机模糊或手动运动）。在这项工作中，我们利用最先进的（SOTA）生成模型（这里是Stylegan2）来构建强大的图像前提，这使得贝叶斯定理应用于许多下游重建任务。我们的方法是通过生成模型（BRGM）的贝叶斯重建，使用单个预先训练的发生器模型来解决不同的图像恢复任务，即超级分辨率和绘画，通过与不同的前向腐败模型相结合。我们将发电机模型的重量保持固定，并通过估计产生重建图像的输入潜在的跳过载体来重建图像来估计图像。我们进一步使用变分推理来近似潜伏向量的后部分布，我们对多种解决方案进行采样。我们在三个大型和多样化的数据集中展示了BRGM：（i）来自Flick的60,000个图像面向高质量的数据集（II）来自MIMIC III的高质量数据集（II）240,000胸X射线，（III）的组合收集5脑MRI数据集，具有7,329个扫描。在所有三个数据集和没有任何DataSet特定的HyperParameter调整，我们的简单方法会在超级分辨率和绘画上对当前的特定任务最先进的方法产生性能竞争力，同时更加稳定，而不需要任何培训。我们的源代码和预先训练的型号可在线获取：https://razvanmarinescu.github.io/brgm/。

最近的工作表明，变异自动编码器（VAE）与速率失真理论之间有着密切的理论联系。由此激发，我们从生成建模的角度考虑了有损图像压缩的问题。从最初是为数据（图像）分布建模设计的Resnet VAE开始，我们使用量化意识的后验和先验重新设计其潜在变量模型，从而实现易于量化和熵编码的图像压缩。除了改进的神经网络块外，我们还提出了一类强大而有效的有损图像编码器类别，超过了自然图像（有损）压缩的先前方法。我们的模型以粗略的方式压缩图像，并支持并行编码和解码，从而在GPU上快速执行。

近年来，随着深度神经网络的发展，端到端优化的图像压缩已取得了重大进展，并超过了速度延伸性能的经典方法。但是，大多数基于学习的图像压缩方法是未标记的，在优化模型时不考虑图像语义或内容。实际上，人眼对不同内容具有不同的敏感性，因此还需要考虑图像内容。在本文中，我们提出了一种面向内容的图像压缩方法，该方法处理具有不同策略的不同类型的图像内容。广泛的实验表明，与最先进的端到端学习的图像压缩方法或经典方法相比，所提出的方法可实现竞争性的主观结果。

从文本描述中综合现实图像是计算机视觉中的主要挑战。当前对图像合成方法的文本缺乏产生代表文本描述符的高分辨率图像。大多数现有的研究都依赖于生成的对抗网络（GAN）或变异自动编码器（VAE）。甘斯具有产生更清晰的图像的能力，但缺乏输出的多样性，而VAE擅长生产各种输出，但是产生的图像通常是模糊的。考虑到gan和vaes的相对优势，我们提出了一个新的有条件VAE（CVAE）和条件gan（CGAN）网络架构，用于合成以文本描述为条件的图像。这项研究使用条件VAE作为初始发电机来生成文本描述符的高级草图。这款来自第一阶段的高级草图输出和文本描述符被用作条件GAN网络的输入。第二阶段GAN产生256x256高分辨率图像。所提出的体系结构受益于条件加强和有条件的GAN网络的残留块，以实现结果。使用CUB和Oxford-102数据集进行了多个实验，并将所提出方法的结果与Stackgan等最新技术进行了比较。实验表明，所提出的方法生成了以文本描述为条件的高分辨率图像，并使用两个数据集基于Inception和Frechet Inception评分产生竞争结果

在实践中，很难收集配对的培训数据，但是不合格的样本广泛存在。当前的方法旨在通过探索损坏的数据和清洁数据之间的关系来从未配对样本中生成合成的培训数据。这项工作提出了Lud-Vae，这是一种从边际分布中采样的数据中学习关节概率密度函数的深层生成方法。我们的方法基于一个经过精心设计的概率图形模型，在该模型中，干净和损坏的数据域在条件上是独立的。使用变异推断，我们最大化证据下限（ELBO）以估计关节概率密度函数。此外，我们表明在推理不变假设下没有配对样品的情况下，ELBO是可以计算的。该属性在未配对的环境中提供了我们方法的数学原理。最后，我们将我们的方法应用于现实世界图像denoising，超分辨率和低光图像增强任务，并使用Lud-vae生成的合成数据训练模型。实验结果验证了我们方法比其他方法的优势。

本文的目标是对面部素描合成（FSS）问题进行全面的研究。然而，由于获得了手绘草图数据集的高成本，因此缺乏完整的基准，用于评估过去十年的FSS算法的开发。因此，我们首先向FSS引入高质量的数据集，名为FS2K，其中包括2,104个图像素描对，跨越三种类型的草图样式，图像背景，照明条件，肤色和面部属性。 FS2K与以前的FSS数据集不同于难度，多样性和可扩展性，因此应促进FSS研究的进展。其次，我们通过调查139种古典方法，包括34个手工特征的面部素描合成方法，37个一般的神经式传输方法，43个深映像到图像翻译方法，以及35个图像 - 素描方法。此外，我们详细说明了现有的19个尖端模型的综合实验。第三，我们为FSS提供了一个简单的基准，名为FSGAN。只有两个直截了当的组件，即面部感知屏蔽和风格矢量扩展，FSGAN将超越所提出的FS2K数据集的所有先前最先进模型的性能，通过大边距。最后，我们在过去几年中汲取的经验教训，并指出了几个未解决的挑战。我们的开源代码可在https://github.com/dengpingfan/fsgan中获得。

We explore the use of Vector Quantized Variational AutoEncoder (VQ-VAE) models for large scale image generation. To this end, we scale and enhance the autoregressive priors used in VQ-VAE to generate synthetic samples of much higher coherence and fidelity than possible before. We use simple feed-forward encoder and decoder networks, making our model an attractive candidate for applications where the encoding and/or decoding speed is critical. Additionally, VQ-VAE requires sampling an autoregressive model only in the compressed latent space, which is an order of magnitude faster than sampling in the pixel space, especially for large images. We demonstrate that a multi-scale hierarchical organization of VQ-VAE, augmented with powerful priors over the latent codes, is able to generate samples with quality that rivals that of state of the art Generative Adversarial Networks on multifaceted datasets such as ImageNet, while not suffering from GAN's known shortcomings such as mode collapse and lack of diversity.

深度学习方法在图像染色中优于传统方法。为了生成上下文纹理，研究人员仍在努力改进现有方法，并提出可以提取，传播和重建类似于地面真实区域的特征的模型。此外，更深层的缺乏高质量的特征传递机制有助于对所产生的染色区域有助于持久的像差。为了解决这些限制，我们提出了V-Linknet跨空间学习策略网络。为了改善语境化功能的学习，我们设计了一种使用两个编码器的损失模型。此外，我们提出了递归残留过渡层（RSTL）。 RSTL提取高电平语义信息并将其传播为下层。最后，我们将在与不同面具的同一面孔和不同面部面上的相同面上进行了比较的措施。为了提高图像修复再现性，我们提出了一种标准协议来克服各种掩模和图像的偏差。我们使用实验方法调查V-LinkNet组件。当使用标准协议时，在Celeba-HQ上评估时，我们的结果超越了现有技术。此外，我们的模型可以在Paris Street View上评估时概括良好，以及具有标准协议的Parume2数据集。

Image-generating machine learning models are typically trained with loss functions based on distance in the image space. This often leads to over-smoothed results. We propose a class of loss functions, which we call deep perceptual similarity metrics (DeePSiM), that mitigate this problem. Instead of computing distances in the image space, we compute distances between image features extracted by deep neural networks. This metric better reflects perceptually similarity of images and thus leads to better results. We show three applications: autoencoder training, a modification of a variational autoencoder, and inversion of deep convolutional networks. In all cases, the generated images look sharp and resemble natural images.

机器学习在图像处理方面取得了很大的成功。但是，这项工作的重点很大程度上是在逼真的图像上，忽略了更多的小众艺术风格，例如像素艺术。此外，许多专注于像素组的传统机器学习模型与单个像素很重要的像素艺术无法很好地工作。我们提出了一个专门的VQ-VAE模型Pixel VQ-VAE，该模型学习了Pixel Art的表示。我们表明，它在嵌入质量以及下游任务的性能中都优于其他模型。

在这项工作中，我们为生成自动编码器的变异培训提供了确切的可能性替代方法。我们表明，可以使用可逆层来构建VAE风格的自动编码器，该层提供了可拖动的精确可能性，而无需任何正则化项。这是在选择编码器，解码器和先前体系结构的全部自由的同时实现的，这使我们的方法成为培训现有VAE和VAE风格模型的替换。我们将结果模型称为流中的自动编码器（AEF），因为编码器，解码器和先验被定义为整体可逆体系结构的单个层。我们表明，在对数可能，样本质量和降低性能的方面，该方法的性能比结构上等效的VAE高得多。从广义上讲，这项工作的主要野心是在共同的可逆性和确切的最大可能性的共同框架下缩小正常化流量和自动编码器文献之间的差距。

扩散概率模型（DPMS）在竞争对手GANS的图像生成中取得了显着的质量。但与GAN不同，DPMS使用一组缺乏语义含义的一组潜在变量，并且不能作为其他任务的有用表示。本文探讨了使用DPMS进行表示学习的可能性，并寻求通过自动编码提取输入图像的有意义和可解码的表示。我们的主要思想是使用可学习的编码器来发现高级语义，以及DPM作为用于建模剩余随机变化的解码器。我们的方法可以将任何图像编码为两部分潜在的代码，其中第一部分是语义有意义和线性的，第二部分捕获随机细节，允许接近精确的重建。这种功能使当前箔基于GaN的方法的挑战性应用，例如实际图像上的属性操作。我们还表明，这两级编码可提高去噪效率，自然地涉及各种下游任务，包括几次射击条件采样。

The success of Deep Learning applications critically depends on the quality and scale of the underlying training data. Generative adversarial networks (GANs) can generate arbitrary large datasets, but diversity and fidelity are limited, which has recently been addressed by denoising diffusion probabilistic models (DDPMs) whose superiority has been demonstrated on natural images. In this study, we propose Medfusion, a conditional latent DDPM for medical images. We compare our DDPM-based model against GAN-based models, which constitute the current state-of-the-art in the medical domain. Medfusion was trained and compared with (i) StyleGan-3 on n=101,442 images from the AIROGS challenge dataset to generate fundoscopies with and without glaucoma, (ii) ProGAN on n=191,027 from the CheXpert dataset to generate radiographs with and without cardiomegaly and (iii) wGAN on n=19,557 images from the CRCMS dataset to generate histopathological images with and without microsatellite stability. In the AIROGS, CRMCS, and CheXpert datasets, Medfusion achieved lower (=better) FID than the GANs (11.63 versus 20.43, 30.03 versus 49.26, and 17.28 versus 84.31). Also, fidelity (precision) and diversity (recall) were higher (=better) for Medfusion in all three datasets. Our study shows that DDPM are a superior alternative to GANs for image synthesis in the medical domain.